混凝土搅拌运输车液压技术的应用及趋势.pdf

TE CHNI C F oR UM 技 术论 坛l 2 0 1 1 0 5 混凝土搅拌运输车液压技术的应用及趋势 Ap p l i c a t i o n a n d T r e n d o f H y d r a u l i c T e c h n o l o g y f o r Co n c r e t e Mi x e r 王 飞 W ANG F e i 三一重工股份有限公司 湖南长沙4 1 0 1 0 0 摘要 ：目前 国内混凝土搅拌运输 车液压技术主要应 用于搅拌筒驱动系统 ，仅 满足于其使用性 能的 要求。 为此 ，通过 对国内外先进 的混凝土搅 拌运输车液压技术 的应用分析 ，提 出了混凝土搅拌运 输 车液压技术的应用及趋势 。 关键 词 ：混凝土搅拌运输车液压技术应用趋势 Abs t r a c t Hy d r a u l i c s y s t e m i n d o me s t i c c o n c r e t e m i x e r s i s mo s t ly u s e d i n dr i ving s y s t e m o f m i x i n g d r u m a n d o n l y c a n me e t t h e ba s i c r e q u i r e me m Th e r e f o r e a p p l i c a t i o n a n d t r e n d o f hy d r a u l i c s y s t e m i n c o n c r e t e mi x e r we r e p u t f o r wa r d a fte r s tud y i n g f o r e i g n a d va n c e d t e c h n o l o g y i n h y d r a u l i c s y s t e m o f c o nc r e t e m ixe r Ke y wo r d s c o n c r e t e mi x e r ； h y d r a ul i c t e c h n o l o g y； a p p l i c a t i o n a n d t r e n d 中图分类号 ：U4 6 9 6 5 0 1 文献标识码 ：A文章编号 ：1 0 0 4 0 2 2 6 ( 2 0 1 1 ) 0 5 0 0 6 4 0 3 1 前言 混凝 土搅拌运输 车是一种用于 长距 离输送混凝土 的机械设 ( 见图1 ) ，兼有运载和搅拌混凝土的双重功能 ，可以在运送混凝土 的同时对其进行搅拌或搅动 ，以保证混凝土经长途运输后不会产 生离析现象。由于液压传动与机械传动相 比，具有装机 自重轻、 安装和操纵简便、无级调速、噪音小、便于 自动控制 ，更适应混 凝土搅拌运输车的工作特点 ，因此 目前混凝土搅拌运输车的搅拌 筒驱动装置都采用液压传动系统。本文就 目前 国内外混凝土搅拌 运输车液压技术的应用及趋势进行专门的介绍。 图1混 凝土搅 拌 运输车 2液压技术应用现状 根据液压油循环的方式不同，搅拌筒液压驱动系统可分为开式 循环系统和 闭式循环 系统。开式循环系统虽结构简单 ，但其能耗 大、不经 济，油箱容量大且液压油 中易混人空气 ，导致振动与噪 第一作者：王飞 ，男 ，1 9 6 9 年 生，现从事泵车、搅拌运输 车技 术研发工 作。 音 ，使用寿命较短而逐步被淘汰。从搅拌筒旋转所需的功率大 ，综 合节能及控制方便等因素考虑，采用闭式循环系统更为合理 。 闭式液压系统相 比开式液压系统 ，具有结构紧凑 、功率损耗 小、工作稳定、操作方便等优点 ，目前三一重工、中联重科、星 马汽车、国P b L i e b h e r r 等厂家均采用闭式液压系统( 见图2 ) 。 图2 搅 拌筒 驱动 系统 示意图 随着国内汽车国 排放标准的全面实行 ，搅拌运输车液压油 泵采用电比例阀控制 ，实现搅拌筒的恒速低速运行 。这不仅保证 了混凝土的品质，还能有效节省燃油 。 3 液压 技术应 用趋势 3 1 恒速控制 为保证输送 的混凝土 质量 ，混凝土搅拌运输车在整个输送过 程 中都必须使搅拌筒 的搅动转速恒定 ，不受汽车发动机工作转速 变化的影响，这就要求液压系统能够保证搅拌筒的转速不随发动 机转速的变化而变化 ，也就是搅拌筒的恒速控制。 液压恒速控制是采用液压恒速阀控制( c s v ) 方式 ，通过附加在 液压变量柱塞泵上的恒速 阀控制液压泵的斜盘角度 ，使其流量始 终与按各工况转速要求所预定的流量一致。由于采用 了液压恒速 阀控 制，当发动机的转速在输送途 中发生变化时 ，与之相连接的 液压泵转速将 变化 ，此 时恒 速阀动作 ，自动调节液压 泵斜盘 角 度 ，使其输出流量保 持不变 ，从而使搅拌筒的转速及驱动功率保 持恒定 ，进而保证了稳定的混凝土品质。 电子恒速传动( C S D ) 方案是通过控制 电流来控制液压泵的流 量 ，使之始终与按各工况转速要求所预定的流量一致。电子恒速 传动方案与常规液压 系统传动 方案大体上是一致的 ，只是液压泵 的控制形式改为电比例阀控制。它是通过调节带位移一 力反馈的比 例 阀的输入电流 ，驱动液压泵斜盘角度改变 ，从而使液压泵实现 双向无级变量 ，液压泵输出流量与输入电流成正比 。 目前 ，由于恒速控制系统成本、使用习惯等因素，国内大部 分搅拌运输车没有配置恒速控制 ，但鉴于用户对搅拌运输车预拌 混凝土质量的要求不断提 高，恒速控制将会是搅拌运输车不可或 缺的技术 ，这既顺应 了汽车 电子技术发展的方向 ，又体现出混凝 土搅拌运输车机 电液一体化的现代发展趋势 。 3 2 自动化操作 进出料 系统是辅助搅拌筒工作的重要机构 ，针对混凝土搅拌 运输车高端配置的需求 ，L i e b h e r r 、C I F A 、I ME R、星马、三一重 工等国内外搅拌运输 车厂家 ，均 已采用控制液压技术 ，实现搅拌 运输车卸料主槽 的自动操作 ，真正实现了进出料系统的 自动化操 纵功能 ，如图3 所示。 工作时 ，通过遥控操作 “ 举升”按钮 ，使伸缩油缸杆伸长 ， 顶起卸料槽向上运动 ；反之 ，按 “ 下降”按钮 ，由于重力作用 ， 伸缩油缸中的液压油流 回油箱 ，卸料 主槽下降。若按 “ 旋转”按 钮 ，然后按“ 左摆 ”或“ 右摆 ”按钮 ，液压油通过油管进入油 缸，使摆动油缸左转或右转，带动上支撑及卸料主槽相应左摆或 右摆 ，实现卸料主槽的举升、回转功能 ，这种控制装置完全由液 压系统实现 ，操作简便 ，安全可靠 ，在减轻了工人劳动强度的同 时，提高了生产效率 。 围3 液压 控制 主槽装 置 国外混凝土搅拌运输车的卸料副槽伸缩及翻转同样采用了液压 技术 ，实现了卸料副槽的自动化操纵功能。通过液压与电子控制相 结合的技术 ，采用电流信号控制阀的动作，可方便地对卸料主槽的 升降、旋转操作以及卸料副槽的伸缩操作进行 自动化控制( 见图4 ) 。 TE CHNI C F oR UM 技 术论 坛l 2 0 1 1 0 5 图4 液 压 控 制 进 出料 装 置 3 3人性化操作 3 3 1液压翻转后护栏 混凝土搅拌运输车在行驶过程 中，后护栏主要起到安全 防护 的作用。由于施工现场环境恶劣 ，往往搅拌运输车后护栏会与其 他配套设备发生碰撞 ，影响工程顺利进行。目前 ，国内的混凝土 搅拌运输车将后护栏设计成为翻转结构 ，如图5 所示。在施工现场 可将护栏横梁通过人工方式翻转到上部 ，利用锁 紧销轴固定好横 梁位置 ，以提高车辆的离去角 ，增强车辆驾驶的灵活性，避免使 用过程中与配套设备磕碰。 图 5 翻 转 式 后 护 栏 装 置 目前液压控制翻转后护栏的实现方法：在搅拌运输车翻转式 后护栏的基础上采用液压控制技术 ，将液压伸缩油缸置于后护栏 横梁与底盘大梁之 间，利用伸缩油缸的伸缩 ，控制横梁向上翻转 提起或向下翻转复位而无须人工操作。 3 3 2 液压翻转扶梯 混凝土搅拌运输车上的扶梯是为了方便操作人员进行搅拌筒 及进出料 等部件 的冲洗或维修工作。 目前 ，国9 1 g 凝土搅拌运输车主要配 置为直爬 式扶梯 ，其主要结构分为上 下两部分 ，中间采用转动轴连接 ，车 辆运输时将下爬梯 向上翻转与上爬梯 合拢 ，再 用挂钩锁 紧；使用扶梯 时 ， 取下挂钩将 下爬梯翻转放下 ，让操作 人员可爬 上工作平 台进行冲洗或维修 工作。 采用液压技术控制扶梯 自动翻转 的实现方法如图6 所示。将上下爬梯转 图6液压翻转扶梯示意图 T ECHNI C F oRUM 技 术论 坛 1 2 0 1 1 0 5 动销轴 的结构设计为连杆机构 ，并在副车架与副梁之间安装伸缩 油缸 ，通过油缸的伸缩动作带动连杆机构运动 ，使 下爬梯围绕转 动轴可以上 下转动实现扶梯的自动翻转操作 ，以减轻操作人员的 工作疲劳。 3 4 安全性操作 混凝土搅拌运输车作为混凝土主要运输车辆 ，经常往返于搅 拌站和工地 之间，由于施工现场环境恶劣 ，以及混凝土对搅拌筒 内部的腐蚀和对 叶片的磨损 ，需要定期 对搅拌筒进行保 养与维 修 。目前 ，国内混凝土搅拌运输车还没有装配搅拌筒锁罐装置 ， 维修 时需要搅拌筒外部安排人员监督 ，防止搅拌筒的误转动 ，风 险性 比较大 ，安全系数低。 如图7 所示 ，国外混凝土搅拌运输车 已安装锁罐装置，体现 出 人性化设计和安全性操作要求。它是将现有锁罐装置的锁紧销的伸 缩动作改由油缸控制。当需要锁罐维修时 ，旋转搅拌筒使滚道圆孔 对准锁罐装置的锁紧销位置，驱动油缸轴伸出 ，将锁紧销卡人滚道 圆孔中，以阻止搅拌筒的转动 ，操作人员便可进入搅拌筒 内部进行 维修工作。反之 ，驱动油缸轴缩回 ，使锁紧销退出滚道圆孔 ，不影 响搅拌筒的正常转动 ，满足搅拌运输车正常的使用要求。 图7 国外搅 拌筒 锁钮 装置 3 5液压盖罐装置 国外 L i e b h e r r 、C I F A等公司生产的混凝土搅拌运输车现装配有 搅拌筒液压盖罐装置 ，通过液压驱动对搅拌筒盖实现自动开启和关 闭。它不仅适合特殊工况要求的地区使用，而且解决了搅拌运输车 行驶在城区坡度较大道路上的漏料问题 ，体现出液压控制技术在搅 拌运输车上的应用优势。如图8 所示。 围8搅拌筒液压盖罐装置 3 6液压举升装置 三级配混凝土由于其良好的综合指标而在大型土建工程中( 尤 其在水电工程中) 普遍使用 ，但现有搅拌运输车在运送三级配混凝 土时 ，由于存在残余率 高、卸料速度慢 、搅拌 装置易磨损等缺 点 ，采用通常的混凝土搅拌运输车无法满足使用要求。目前 ，三 一 重工已开发出一种可实现不同倾 角卸料、防止车辆行驶过程中 搅拌筒和副车架跳动 ，可适应各种工况 ，使 用寿命长的三级配混 凝土搅拌运输车。三级配混泥土搅拌运输车如图9 所示。 圈9 三 级 配 混 凝 土 搅 拌 运 输 车 该车在原有混凝土搅拌运输车上增加 了液压举升装置 ，采 用 双举升油缸的形式 ，使副车架与搅拌筒可以安全、快速地举起 ， 当举升装置达到最大举升角时 ，搅拌筒达到水平状态 ，从而改变 了搅拌筒的倾斜角度 ，从而加快了搅拌筒内混凝土的出料速度、 降低了残余率和减少了搅拌装置的磨损。在车辆行驶状态下 ，举 升油缸可以锁住副车架 ，以保证副车架与底盘贴合 ，防止车辆行 驶过程 中搅 拌筒和副车架 的跳动 ，减少冲击载荷 ，延长 整车寿 命 。将卸料槽、后护栏设计成可旋转 、可拆卸的型式 ，使混凝土 搅拌运输车能与多种混凝土输送设备配合使用 ，以适应各种工况 要求。 液压油泵通过取力器与底盘变速器相连 ，由驾驶室内控制变 速器挡位和 电控气动开 关，实现取力器的接人与分离 ，取力器接 入时举升装置进入工作状态 ，液压油泵从底盘变速器取力 ，通过 液压管路将油箱 内的液压油流人换 向阀 ，换 向阀控制油路换向 ， 再经平衡阀进入举升油缸 ，实现举升油缸在举升和下降两种状态 之间的转换。平衡阀可以保证两只举升油缸同步举升或下降 ，即 保证 了搅拌筒在举升或下降过程 中的平稳性。液压油进人举升油 缸后 ，带动举升油缸伸出或缩回 ，并 以油缸支座上的铰接点为 中 心转动 ，推动副车架完成举升或下降的动作。工作过程中，可通 过设置在油缸支座附近的控制手柄控制换向阀 ，进而对举升油缸 的运动方向进行控制。 国外混凝土搅拌运输车的上装采用液压举升控制 ，上装部分 带独立的发动机装置 ，可以实现上装的整体举升 ，如 图1 0 所示 。 举 升装置采用连杆机构形 式 ，前 台前端与底座连接 。当油缸举 升 、上装底座抬起时，整个上装前端升起 ，而后端沿底盘后端 向 底盘 大梁后下方滑行 ，使搅拌筒 的倾斜角度变小 ，提高卸料能 力 ，减小搅拌筒 内混凝土 的残余率 ，能满足各 种工况的使用条 件 。该上装还可 以与底盘 分离 ，固定在某一地 方独立于底盘 工 作 ，底盘作为普通拉臂车底盘 ，则可以另做其他用途 ，从而提高 了底盘 的利用率。 图1 0 带举升装 置 混凝搅 拌 运输车 4 结束语 混凝土搅拌运输 车愈来愈成 为高技术 含量和高附加值 的产 品 ，这是因为伴随着高新技术 的发展以及企业对新产品开发力度 T EC HNI C F oRUM 技 术论 坛 l 2 0 1 1 0 5 的加强 ，使液压技术在混凝土搅拌运输车上得到 了应用 ，提高了 混凝土搅拌运输车的技术水平 ，如液压锁罐装置。并且 ，混凝土 搅拌运输车各系统装置具有 的多样性 、复杂性和专用性 ，对于液 压举升装置、自动卸料装置、安全防护装置以及 自动控制装置等 液压技术的开发及应用，也在一定程度上满足了用户对产品的个 性化需求。 从国内外有实力的生产厂家来看 ，混凝土搅拌运输车的竞争 主要表现在产 品细节和成本上的竞争 ，因此 ，国内众 多生产混凝 土搅拌运输车的生产厂家需要跳出现有相对 固化的开发模式，从 用户及市场的需求考虑 ，广泛应用液压 电气自动控制技术 ，不断 满足用户的高配置需求。 参考文献 1 】赵铁栓 8 m 水泥混凝土搅拌运输车液压驱动系统研究 J 长安大学学 报，2 0 0 6 ( 0 4 ) ： 1 4 - 1 5 2 贺 劲， 帅国菊， 丁 戈_ ： 昆 凝土搅拌 运输车 的恒速传 动控 制 J 】 建 筑机械 技术与管 理， 2 0 0 2 ( 0 3 ) ： 1 4 - 1 7 收稿 日期：2 0 1 1 - 0 3 1 5 ( 上接第6 3 页) 4 2整车轴荷分配更趋合理 料斗式垃圾车的压缩机构虽然也布置在车厢后部，但是其 自 重不到1 t ，且所 占空间很小，因此整车质心较 目前所使用的滑板 式垃圾车 明显偏前 ，以1 2 r n 垃圾车为例 ，整车满载时前轴荷可达 到总 质量的3 2 ( 滑 板式垃圾 车满载时前轴荷 占总质量 的2 6 左 右) ，故此其底盘使用寿命和行驶安全性都大为提高。 4 3整车维修使用经济性好 料斗式垃圾车的压缩机构只有2 只油缸 ，控制 1 组动作就可以 完成收集并压 缩垃 圾的工作任务 ，整车液压管路 的布 置比较简 单 。滑板式垃圾 车需要6 只油缸 ，控制3 组动作才能 完成相 同的工 作任务 ，整车的液压管路布置得相 当复杂。因此当垃圾车投入使 用以后，前者比后者在维修概率上大大降低 ，维修费用也必将大 幅减少。 料斗式垃圾车与滑板式垃圾车相 比，垃圾车的整备质量可以 下降8 左右，这对于车厢容积在l O m 以上的大型垃圾车来说，前 者比后者在整备质量上减少1 t 以上 ，同样容积的整车 ，多拉 1 t 和 少拉1 t 的燃油消耗量相差非常明显 ，长期计量下来 ，其节约的燃 油成本更是不可小视 ，符合 当今世界所倡导的低碳环保 。 4 4料斗式垃圾车使用的局限性 我国的城市垃圾收集方式一般有两种形式( 仅指后装压缩式垃 圾车而言) ，一种是将居民垃圾储存在标准尺寸的圆形或方形垃圾 桶中 ，当垃圾车到达垃圾桶存放地后 ，先将垃圾桶固定到垃圾车 填塞器后部上料机构上的紧固装置上 ，然后通过油缸将桶 内的垃 圾倒 入填塞器 ，最后用垃圾车压缩机构把垃圾转 入到 垃圾车厢 内。这种垃圾收集方式主要在少数的一线城市采用。 另一 种垃圾收集方式是将居 民垃圾 直接堆放在垃圾 收储站 内，待垃圾车到来时 ，环卫工人利用锹或铲等简单工具把垃圾填 装到垃圾车填塞器后部上料机构的料斗中，然后通过油缸将料斗 内的垃圾倒人填塞器 ，再用垃圾车压缩机构把垃圾转移到垃圾车 车厢里面。这种方式主要在二三线城市中普遍采用。 料斗式垃圾车由于结构的限制 ，不能在料斗上安装垃圾桶固 定装置，因此不宜在采用垃圾桶储存垃圾的城市 中使用，但完全 适应于现今数量众多的二三线城市或城镇转运垃圾。 5 结语 料斗式垃圾车由于在垃圾压缩机构上具有突破性创新 ，既可 以使生产垃圾车的企业降低生产成本增加市场竞争力 ，又可以使 垃圾车的使用部门减少财政支出和运营费用。因此现已获得 了国 家知识产权局授予 的发 明专利证 书 ，专利号为2 0 0 9 1 0 0 6 6 5 3 6 2 。 这种新型垃圾车虽然在使用区域会受到一定的限制 ，但在我国的 大多数地区完全可以发挥出其独特的自身优势，有相 当大的竞争 力和市场发展前景。 参考文献 1 刘哲义，何明辉 专用汽车构造 M 湖北： 武汉工业大学出版社 1 9 9 4 收稿 日期：2 0 1 1 - 0 3 0 8